KR100894438B1

KR100894438B1 - 순환골재를 이용한 중력식 옹벽용 지오백 블록 및 이에의한 중력식 옹벽의 시공방법

Info

Publication number: KR100894438B1
Application number: KR1020060016676A
Authority: KR
Inventors: 김진만; 이준근; 오세용; 주태성; 전국일; 신덕
Original assignee: 한국건설기술연구원; 주식회사 한진중공업
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2009-04-22
Also published as: KR20070083380A

Abstract

본 발명은 순환골재를 이용한 중력식 옹벽용 지오백 블록 및 이에 의한 중력식 옹벽의 시공방법에 관한 것으로 지오백 블록에 의하여 축조되는 중력식 옹벽의 높이는 5~12m이고, 지오백 블록은 지오백과, 그리고 최대입경이 100mm를 초과하지 않으면서 최대40mm를 기본으로 한 혼합골재를 지오백에 충진시킨 블록이다. 지오백은 폴리프로필렌(polypropylene, PP)의 재질된 직포형태이고 그 형상은 육면체이다. 그 체적은 대체로 1m³이다. 지오백과 지오백간의 마찰각은 25~32°를 갖는다.

지오백 블록의 배부름현상을 방지하기 위하여 보강밴드로 보강하였고 그 재질은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이다.

40mm 혼합골재의 입도의 범위는 마찰각으로 환산하여 마찰각이 45~60°인 범위를 갖는다.

지오백 블록 전면에는 와이어 메쉬와 식생매트를 부착하여 중력식 옹벽을 친환경적으로 하면서 외관을 미려하게 할 수도 있고 지오백 블록 전면에 보강블록을 쌓으면서 지오 그리드로 보강할 수도 있는 유용한 발명인 것이다.

순환골재, 지오백, 지오백 블록, 보강 밴드, 식생매트

Description

순환골재를 이용한 중력식 옹벽용 지오백 블록 및 이에 의한 중력식 옹벽의 시공방법{Geobag block using recycled aggregates in gravity retaining wall systems and the construction method with the geobag block}

도1 본 발명의 지오백 블록의 사시도

도2a 본 발명의 지오백 블록 전면에 와이어 메쉬와 식생매트를 부착한 사시도

도2b 본 발명의 지오백 블록 전면에 와이어 메쉬와 식생매트를 부착한 분해 사시도

도2c 도2a의 지오백 블록을 적층을 보인 상태도

도3a 본 발명의 지오백 블록의 전면에 보강토 블록을 설치한 분해 사시도

도3b 도3a의 지오백 블록을 적층을 보인 상태도

도면의 주요부호에 대한 간단한 설명

1: 지오백 블록 2: 지오백 3: 순환골재

4: 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 보강 밴드 5: 투입구

6: 와이어 메쉬 7: 식생매트 8: 토양층

9: 보강토 블록 10: 지오 그리드 11: 연결띠

본 발명은 순환골재를 이용한 중력식 옹벽용 지오백 블록 및 이에 의한 중력식 옹벽의 시공방법에 관한 것으로 순환골재로 만들어진 지오백 블록을 적층하여 5m에서 15m정도의 도로 및 성토옹벽을 시공하고자한 것이다. 바람직하게는 5~12m내외이다. 순환골재를 재활용함으로써 기존 콘크리트 및 게비온 옹벽을 대체하였을 뿐 아니라 경제성과 시공성을 향상시킨 시공방법이다.

최근 국내에서는 토지의 효율적 이용을 위한 옹벽의 활용이 점차 확대되고 있는 추세이다. 이때 가장 많이 사용되고 있는 옹벽의 형식으로는 콘크리트 옹벽을 들 수 있으며, 이외 보강토 옹벽, 게비온 옹벽, 쏘일 네일링(Soil Nailing), 어쓰 앵커, EPS 옹벽 등이 있다.

한편, 폐 콘크리트는 기존 콘크리트구조물의 해체과정에서 발생되며 규모는 전체 건설폐기물 발생량의 약 65% 정도를 차지하고 있으며, 최근의 건설수요 및 건축물 수명 등을 종합적으로 고려할 때 향후에도 폐 콘크리트 배출량은 꾸준히 증가할 것으로 전망된다.

노후한 도로를 보수하거나 재시공하는 과정에서 발생되는 폐 아스콘의 처리 문제도 폐 콘크리트의 처리만큼 골치 아픈 문제이다.

순환골재의 재활용 방안이 절실히 요구된다. 여기서 순환골재는 폐 콘크리트와 폐 아스콘을 통칭하는 말이다. 순환골재를 중력식 옹벽에 적용한다면 환경친화적임은 물론이고 기존 콘크리트 옹벽에 비하여 경제적이라는 장점이 있다.

본 발명은 순환골재를 중력식 옹벽에 적용함으로써 건설폐기물을 재활용하는데 그 목적이 있고, 순환골재를 사용하여 마찰각을 최대화한 입도를 갖는 혼합골재를 지오백에 삽입하여 배부름 현상을 최소화시킨 육면체형상의 블록을 만드는데 다른 목적이 있으며, 지오 백 블록의 적층하중으로 인한 지오백 블록의 배부름현상을 방지함으로써 수직의 중력식 옹벽을 축조하고자함에 다른 목적이 있고, 지오백 블록의 전면에 식생이 가능하도록 함으로써 환경친화적이면서 외관이 미려하게 하는데 또 다른 목적이 있으며, 또한 지오백 블록의 전면에 보강토 블록을 설치하고 지오 그리드에 의하여 보강함으로써 역학적인 안전성을 확보하고자 하는데 다른 목적이 있고, 중력식 옹벽의 경제적인 시공을 하고자 함에 다른 목적이 있다.

중력식 옹벽은 지오백 블록에 의하여 축조된다.

지오백 블록은 순환골재를 사용하여 마찰각을 최대화한 입도를 갖는 혼합골재(폐 콘크리트+폐 아스콘)를 지오백에 삽입하여 배부름 현상을 최소화시킨 육면체형상의 블록이다.

지오백은 폴리프로필렌(polypropylene, PP)원료로 직조된 직포형 지오텍스타일과 부직포형 지오텍스타일로 크게 나눌 수 있다. 직포형 지오텍스타일은

필라멘트사 또는 방적사를 이용하여 경, 위사로 직조된 것이고, 부직포형 지오텍스타일은 장섬유 또는 단섬유 필라멘트를 니들펀칭 또는 열융착 등의 방법으로 결합한 것이다.

중력식 옹벽은 수직으로의 축조이므로 지오백에 삽입된 순환골재에 의한 마찰각 뿐만 아니라 지오백 상호간의 마찰각도 중요하다는 것을 실험에 의하여 알 수 있었다. 실험결과 직포로 된 지오텍스타일의 경우 지오백의 마찰각은 25~32°범위가 적합함을 알 수 있었다.

순환골재는 도시를 개발함에 따라 발생되는 건설폐기물을 파쇄, 선별, 입자 조정 등 물리적 또는 화학적 처리과정 등을 거쳐 법률이 정한 품질기준에 적합한 것을 말한다.

순환골재는 통상 모래나 자갈과는 달리 맞물림이 좋은 형상으로 되어 있다.

본 발명에서 순환골재의 입자 크기는 최대입경이 100mm를 초과하지 않으면서 최대 40mm를 기본으로 한 혼합골재(폐 콘크리트+폐 아스콘)를 사용한다.

혼합골재(폐 콘크리트+폐 아스콘)의 입도범위는 입자 상호간의 마찰각이 최 대화되는 범위이어야 한다. 마찰각이 크면 클수록 적층되는 상단 지오 백의 하중에 의한 배부름현상을 감소시킬 수 있을 뿐 아니라 수직 축조가 더 한층 가능해지기 때문이다.

이와 같이 배부름현상은 혼합골재 입자간의 마찰각과 직접적인 관계가 있다. 본 발명자가 수행한 실험에 의하면 최대 40mm를 기본으로 한 혼합골재(폐 콘크리트+폐 아스콘)를 가지고 그 입도를 변화시켜가면서 가장 크게 얻은 마찰각의 범위는 45~60°이다.

일반적으로 모래의 마찰각은 30°, 자갈은 40°정도이다.

최대 40mm를 기본으로 한 혼합골재(폐 콘크리트+폐 아스콘)의 입도범위에서 얻은 마찰각이 모래나 자갈의 마찰각보다 훨씬 크다.

여기에다 모래와 자갈은 이미 고갈된 상태이어서 구하기도 어렵고 구한다 해도 건설 폐기물인 순환골재와는 달리 고가라는데 그 문제점이 있다.

본 발명에서와 같이 최대 40mm를 기본으로 한 혼합골재(폐 콘크리트+폐 아스콘)의 입도범위에서 얻은 마찰각 45~60°는 지오백 블록을 거의 수직에 가깝게 쌓아올릴 수 있으면서도 배부름현상이 일어나지 않을 정도를 의미한다.

만약 마찰각이 작은 모래를 지오백에 삽입하고 이를 적층한다면 그 높이가 2m가 되지 못한 상태에서 지오백에 배부름 현상이 생기게 된다. 배부름현상을 해결하지 않는 한 여기서 말하는 중력식 옹벽은 아니다.

본 발명의 혼합골재의 마찰각은 입도에 의하여 이미 크게 증대되어 있을 뿐 아니라 지오백 내부에 삽입된 혼합골재는 지오백에 의한 구속력으로 인하여 입자 상호간에 쪼임 현상이 생겨 전체로서 마찰각이 더 크게 향상된다.

여기에다 지오텍스타일의 지오 백 상호간의 마찰각이 25~32°이므로 중력식 옹벽을 수직으로 축조하는데 아주 적합하다.

혼합골재(폐 콘크리트+폐 아스콘)의 입도조정에 의해 최대화시킨 마찰각과, 지오백 상호간의 마찰각과, 그리고 지오백의 구속으로 인한 골재상호간의 쪼임 현상에 의한 마찰각의 상승 등, 이들이 서로 상승작용을 함으로써 중력식 옹벽의 수직 축조가 한층 더 가능하게 되면서 그 축조높이도 증대시킬 수 있게 된다.

여기에다 지오 백의 가로방향으로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE; High-Density Polyethylene)의 재질인 보강밴드를 설치하게 되면 지오백의 구속력과 함께 골재상호간의 쪼임이 향상되어 마찰각이 한층 더 커지게 된다. 지지력이 그만큼 향상됨은 물론이고 적층으로 인한 배부름현상도 방지된다.

보강밴드는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 재질이고 형상은 두께에 비하여 폭이 넓은 띠 상이다. 지오 백 블록의 배부름현상을 억제하는 역할을 한다.

가로방향의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 보강밴드를 설치하게 되면 10m이상의 축조가 가능해진다. 보강밴드의 개수에 따라 그 축조높이가 다르긴 하나 그렇다고 많이 한다고 해서 축조높이를 높일 수 있는 것은 아니다.

실험과 구조역학적인 계산을 고려할 때 예측된 한계치는 15m이다.

이에 반하여 이를 설치하지 않은 경우에는 그 축조높이가 5m정도임을 알 수 있었다.

본 발명의 순환골재를 이용한 지오백 중력식 옹벽은 시공높이가 5~15m정도가 가능하고 5~12m가 바람직하다. 그 이상의 높이에도 구조 역학적으로는 문제가 되지는 않지만 그 높이를 제한하는 것은 배부름현상이 없는 외관이 미려한 중력식 옹벽을 축조하기 위해서이다.

순환골재가 채워진 지오백 블록은 독립적으로 육면체형상을 유지하는 것이 가능하므로 지오 백 블록전면에는 외관을 미려하게 하는 것이라면 어느 것이라도 가능하다. 예컨대 지오 백 블록전면에 와이어 메쉬와 식생매트와 토양층을 형성하여 식생이 가능하도록 하여 외관이 수려하고 친환경적이 되게 할 수도 있고, 와이어 메쉬와 식생매트대신에 보강토 블록을 설치할 수도 있다. 보강토 블록의 배면에 지오 그리드를 함께 사용하게 되면 지오 그리드가 수평방향의 인장력을 그 만큼 지지하게 되므로 보강토 블록이 보강벽으로서의 역할을 수행하게 된다.

상기의 관점에서 본 발명의 구성을 도면과 함께 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

지오백(2)은 육면체형상이고 그 체적은 1m³이상이며 재질은 폴리프로필렌(polypropylene, PP)이고 지오백(2)간의 상호 마찰각은 25~32°가 되게 직조한 직포형태의 구성이다.

지오백(2)의 가로방향으로는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 재질인 보강밴드(4)가 보강된다.

지오백 블록(1)은 지오백(2)에 최대입경이 100mm를 초과하지 않는 혼합골재(폐 콘크리트+폐 아스콘)(3)를 충전시킨 것으로 혼합골재(폐 콘크리트+폐 아스콘)(3)는 최대 40mm를 기본으로 하면서 그 입도의 범위는 45~60°의 마찰각이 갖는 입도의 범위와 동일하게 한 구성이다.

지오백(2)의 상면에는 순환골재 투입구(5)가 형성되어 있다.

지오백 블록(1)의 전면에는 와이어 메쉬(6)와, 식생매트(7)와, 토양층(8)을 형성하여 연결띠(11)로 고정하여 식생이 가능하도록 하였다. 또한 지오백 블록(1)의 전면에 보강토 블록(9)을 쌓으면서 블록배면에 지오 그리드(10)를 설치하여 축조옹벽을 역학적으로 더 한층 보강하였다.

이와 같이 형성된 지오백 블록(1)을 이용하여 중력식 옹벽의 시공방법을 설명하면 다음과 같다.

육면체형상이고 그 체적은 1m³이상이며 폴리프로필렌(polypropylene, PP)재질로 직포형태로 직조되고 지오백(2)상호간의 마찰각은 25~32°가 되도록 한 지오백(2)을 형성하는 단계; 지오백(2)의 가로방향으로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 재질인 보강밴드(4)를 보강하는 단계; 최대입경이 100mm를 초과하지 않으면서 최대 40mm를 기본으로 하고 동시에 그 입도의 범위는 45~60°의 마찰각이 갖는 입도의 범위와 동일하게 혼합골재(폐 콘크리트+폐 아스콘)(3)를 만드는 단계; 혼합골재(폐 콘크리트+폐 아스콘)(3)를 지오백(2)에 충전하여 지오백 블록(1)을 형성하는 단계; 기초지반에 지오 백 블록(1)을 설치하는 단계로 이루어진다.

여기에다 지오백 블록(2)의 전면에는 와이어 메쉬(6)와, 식생매트(7)와, 토양층(8)을 설치하는 단계; 지오백(2)과 식생매트(7)사이의 토양층(8)에 흙을 채워 40cm 간격으로 3층 다짐을 하는 단계를 포함한다.

지오백 블록(1)의 전면에 와이어 메쉬(6)와, 식생매트(7)와, 토양층(8)을 설치하는 대신 보강토 블록(9)과 그 배면에 지오 그리드(10)를 설치하는 단계를 포함한다.

이와 같은 과정을 반복하면서 중력식 옹벽을 시공한다. 그 축조높이는 보강밴드(4)를 설치하지 않을 경우 5m정도이고, 보강밴드(4)를 설치할 경우 12m정도가 바람직하다.

이제, 폐 콘크리트(3)를 이용한 지오백 블록(1)에 의한 중력식 옹벽에 대한 적합성여부를 평가하기위하여 다양한 형태의 실내 및 실대형 압축강도시험을 수행하였다.

1. 실험 내용 및 범위

본 실험에서는 지오백과 폐 콘크리트의 마찰 및 압축특성 등을 평가하고자 표 1.과 같은 실험을 수행하였다. 이때 마찰특성시험은 지오 백/지오 백, 폐 콘크리트/폐 콘크리트 등에 대하여 수행하였다.

표 1. 수행한 평가시험의 종류 및 내용

2. 실험 방법 및 결과

2-1. 지오백의 강도특성시험

1. 인장강도시험

지오백용 직포의 인장강도특성을 평가하기 위하여 일련의 인장강도시험을 수행하였다. 토목섬유의 재료성능 중 인장강도는 가장 중요하고 기본적인 성능이며, 인열강도, 꿰뚫림강도, 봉합강도 등의 특성치와 직간접적으로 연관성이 있다. 지오백의 인장특성을 평가하기 위한 시험방법은 스트립(strip)법과 그래브(grab)법으로 크게 구분할 수 있다.

표 2.에서는 각 시험법에 따른 사용 지오백의 인장강도시험 결과를 보여준다. 여기서, MD는 주방향(Machine Direction), CD는 부방향(Cross Machine Direction)에 대한 시험결과를 의미한다. 표 2.에 정리한 시험결과는 각 시험법에 따라 각각 7회 이상씩 인장강도시험을 수행하여 결과가 상이한 2회의 시험결과를 제외하고 5개의 시험결과를 평균하여 나타낸 최대 인장강도 및 인장변형률이다.

표 2.에서 보듯이 시험에 사용된 지오백은 직포로서 평균 최대 광폭인장강도 및 인장변형률의 경우 MD 및 CD에 대하여 각각 4.12t/m, 19% 및 3.14t/m, 12%인 것으로 평가되었다.

표 2. 시험에 사용된 지오백의 인장강도시험 결과

2. 지오백의 내구성 시험

지오백에 대한 내후성 시험은 ASTM D 5970-96 (Deterioration of Geotextiles from Outdoor Exposure)을 준용하여 토목섬유가 흙 속에 묻혀 있지 않고 노출되어 있는 경우에 대한 인장강도특성 변화 정도를 평가하기 위한 실험이다. 내후성에 대한 안정성을 측정하는 방법은 토목섬유를 자연광에 노출 또는 인공광원에 노출시켜 인장강도의 감소율을 측정하는 것으로서, 자연광에 대한 노출은 각 지역별로 태양광의 세기, 자외선 조사량, 강우 및 강설량의 차이가 있어 그 결과를 모든 지역에서 동일하게 적용할 수 없다. 따라서, 본 시험에서는 건물옥상에 토목섬유를 방치시키고 시간경과에 따라 시료를 채취하여 인장강도 시험을 실시하고 원 시료와 비교하였다. 특히, PP는 자외선에 매우 취약한 성질을 가지므로 자외선 안정처리를 하여 시험을 실시하여야 한다.

내후성시험 결과는 그림 1.에서 보듯이 3개월 경과 후 인장강도의 변화가 거의 없는 경향을 보였다. 따라서 지오백은 시공시 약 1~2 개월 정도 기간 동안 자연광에 재료 노출되었을지라도 강도감소가 작은 것으로 평가되었으나, 원칙적으로 현장에서의 자연노출을 최대한 작게 유도해야 한다.

그림 1. 지오백의 내후성 시험 결과

3. 폐 콘크리트의 마찰 및 압축강도시험

(1) 직접전단시험

직접전단시험(Direct Shear Test)은 인발시험과 마찬가지로 다양한 보강재에 대한 흙/보강재 사이의 마찰특성을 평가하여 흙/보강재 사이의 마찰효율(Ci)을 결정하는 시험방법이다. 이 시험은 ASTM D 5321-92에 의해 규정되어 있다.

본 시험에 사용된 대형 직접전단시험기는 전단박스, 수직하중 재하 장치, 전단하중 재하 장치, 조절장치로 구성되어 있다. 전단박스 내부의 크기는 30×30cm로 최대 6cm의 변위까지 전단시킬 수 있으며, 상부박스 두께 15cm, 하부박스 두께 15cm로 흙/보강재 사이의 마찰특성을 평가하기에 적합하도록 제작되었다. 또한, 상부와 하부박스 사이의 마찰을 방지하기 위하여 0.6cm 정도의 틈을 유지하도록 볼을 설치하였다.

수직응력은 지렛대원리를 이용한 사하중에 의해 작용되며 4가지 조건 (0.3kg/cm², 0.6kg/cm², 0.9kg/cm², 1.2kg/cm²)의 수직응력을 작용시켰다. 전단시 전단속도는 1mm/min을 유지하였고 수직변위, 수평변위 및 전단응력을 측정하였다.

대형전단 시험결과 지오 백 및 폐 콘크리트와의 마찰특성은 전단시험장치의 크기, 재료의 입도분포, 수직하중의 크기 등 많은 인자들에 의하여 영향을 받는다. 본 시험은 지오 백/지오 백 및 폐 콘크리트/폐 콘크리트의 마찰 특성을 상대적 비교하기 위한 시험이다.

표 3. 및 그림 2에서는 대형 직접전단시험에 의한 지오 백/지오 백, 폐 콘크리트/폐 콘크리트의 마찰특성을 보여준다. 지오 백/지오 백 및 폐 콘크리트/폐 콘크리트의 마찰특성은 지오 백/지오 백인 경우 점착력 c=0.51kg/cm², 마찰각 δ=42.4°로, 폐 콘크리트/폐 콘크리트인 경우 c=0.69kg/cm², δ=48.6° 정도의 안정한 값으로 평가되었다. 지 오백 마찰강도는 폐 콘크리트에 비교하여 점착력 c 의 경우 26%, 마찰각 δ의 경우 13% 정도 저감되었으나, 상당히 양호한 것으로 평가되었다.

이는 지오백의 마찰이 폐 콘크리트 채움으로 하중재하에 의한 지 오백 표면에 요철 발생에 의한 엇물림 현상에 의한 것으로 판단된다. 직포형태의 지오텍스타일의 마찰각 δ은 25~32° 정도임을 알 수 있었다.

표 3. 지오 백/지오 백 및 폐 콘크리트/폐 콘크리트 전단시험결과

그림 2. 지오 백/지오 백 및 폐 콘크리트/폐 콘크리트 전단시험 결과

(2) 대형압축강도실험

대형압축강도실험에 사용된 기본 장비는 가압판 및 가압시스템, 토압계 및 데이터로거 등을 들 수 있다.

실험에 사용된 재하판은 140×102×90cm의 철재로 제작된 모형 토조 실험용 가압판으로서, 유압을 이용하여 재하 하였다. 본 실험은 지오백 안에 폐 콘크리트를 넣어 상재하중에 의한 지오백의 최대압축강도 및 인장변위를 평가하고자 수행되었다. 계산시 재하면적은 재하판 면적이 아니라 재하면의 접지면적으로 환산하여 계산하였다.

실험결과, 지오백은 표 4에서 보듯이 지오 백+폐 콘크리트인 경우 최대 일축압축강도의 경우 16.1t/m², 지오 백+폐 콘크리트(HDPE 1단 보강)인 경우 최대 일축 압축강도의 경우 17.1t/m², 지오 백+폐 콘크리트(HDPE 2단 보강)인 경우 최대 일축압축강도의 경우 18.8t/m², 최대압축변위는 3가지 경우 15cm으로 기준으로 평가되었다. 위 결과에서 보듯이 HDPE 보강으로 인한 강도 증가가 지오백+폐콘크리트(HDPE 2단 보강)이 가장 큰 것으로 나타났다. 지오 백 파괴양상은 재하하중의 크기가 증가하면서 압축변형이 발생되고, 이로 인해 발생된 지오 백 횡방향 변형에 의해서 지오 백을 구성하는 직포에 인열파단을 유발시킴으로써 발생되는 형태를 보인다. 이때 인열파단이 발생되는 부위는 봉합선 보다는 변형이 가장 큰 중앙부위이다.

한편, 지오백은 직접 전단시험시 사용된 소형 지오 백 단위중량의 경우 1.8t/m³인 것으로 나타났다. 따라서 실험된 지오백은 압축강도실험결과를 높고 볼 때 최대 7m의 성토고까지 시공이 가능할 것으로 예상되나, 안전율을 고려하여 5m 이하에서 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 5m 이상의 성토 옹벽을 계획할 경우에는 사용 직포의 강도를 더 큰 것으로 사용하여야 한다.

표 4. 지오백에 대한 대형압축강도실험 결과

(3) 옹벽 지오백 배면의 수평토압

그림 3은 옹벽의 높이에 따른 지오 백 블록 배면의 수평토압 계측결과를 보여준다. 그림에서 보듯이 시공완료 후 39일 경과된 지오 백 블록 배면의 수평토압은 성토높이에 비례하여 토압이 증가하여 랭킨토압과 거의 유사한 경향을 나타내었다. 이러한 수평 토압분포 특성은 지오 백 블록 /원 지반, 지오 백 블록 /지오 백 블록 등의 충분만 마찰저항이 유발됨으로써 콘크리트 벽체와 같이 작은 옹벽 벽체 변형이 유발되는 특성에 기인한다. 또한, 옹벽 상단에서 3번째 층의 토압은 그림 3에서 보듯이 랭킨토압 보다 작게 나타났는데, 이는 다음에 언급될 수평변위특성과 연관하여 시공시 전면 지오 백 블록 벽체의 발생 시공변위 특성에 기인한다.

따라서 폐 콘크리트를 이용한 지오 백 블록 옹벽은 설계시 일반 중력식 옹벽과 마찬가지로 랭킨의 주동토압을 가정하여 설계해도 무방할 것으로 판단된다.

그림 3. 벽체 높이에 따른 지오 백 블록 배면의 수평토압의 변화

(4) 벽체 수평변위

그림 4는 벽체높이별 시간경과에 따른 전면 블럭의 수평변위 변화형태를 보여준다. 그림 4에서 보듯이 지오 백 블록 옹벽의 변형 핀에 의한 수평변위는 벽체 중앙부에서 크고 상단 및 하단에서 상대적으로 작게 발생되어, 변형의 경우 옹벽 높이, H의 0.87%(최대 변형 4.35cm) 이하인 것으로 평가되었다. 이러한 전면벽체의 변형특성은 지오 백 블록자중에 의한 지오 백 블록 중앙부의 변형특성(배부름)에 기인한다.

그림 4. 벽체높이에 따른 수평변위의 변화

(5) 침하특성

침하특성 평가는 침하 판을 기초저면으로부터 1, 2, 3, 4, 5m 등에 설치하여 시공완료 후부터 측정하였다. 그림 5에서는 벽체 높이별 시간경과에 따른 폐 콘크리트를 이용한 지오 백 블록 옹벽의 침하형태를 보여준다. 그림 5에서 보듯이 폐 콘크리트를 이용한 지오 백 블록 옹벽의 설치에 따른 기초지반 및 보강토층 내의 침하특성은 층별에 상관없이 시공완료 초기에 침하가 크게 진행된 후 시간경과에 따라 값이 감소하고, 층별로 저층에서 상층으로 갈수록 침하가 누적되어 다소 커지는 경향을 보인다.

이때 지오 백 블록 옹벽의 침하는 기초지반에서 1.9cm, 계측된 최대높이에서 3.7cm정도로 옹벽높이 H의 0.38~0.74% 정도인 것으로 계측되었다. 이러한 지오 백 블록 옹벽 침하는 지오 백 블록의 자중에 의한 속 채움재의 안정화 특성에 영향을 받으며, 시간경과에 따라 감소되고 있음을 알 수 있다.

그림 5. 기초저면의 침하량 변화

(6) 벽체 활동

그림 6은 경사계에 의한 벽체 전면에서 깊이에 따른 지중수평변위 특성을 보여준다. 그림 6에서 보듯이 지중수평변위는 지표중앙 3.5m에서 최대수평변위 2.2mm가 발생하고, 지표 아래 1m까지 감소한 후 일정해지고 거의 변형이 없는 안정된 특성을 나타내었다.

본 시험시공 현장은 기초지반에 점토층이 6.0m 깊이로 존재하고 있어 치환개량을 수행하였다. 이러한 치환 성토는 전면벽체의 변형 및 전체 사면 활동에 있어서 큰 문제를 야기시키지 않은 것으로 판명되었다.

그림 6. 벽체높이에 따른 보강토체 내의 지중수평변위 변화

(7) 간극수압

그림 7에서는 본 시험현장의 기초저면에 간극수압 계측결과를 보여준다. 그림 7에서 보듯이 시공완료 후 39일 경과된 기초저면의 간극수압은 0.07kg/cm² 정도로 수압이 걸리지 않은 것으로 평가되었다. 이는 비가 온 직후의 측정에서 얻은 자료도 포함되어 있는 것으로, 지오 백 및 폐 콘크리트의 배수특성에 기인하여 완전한 자유배수가 이루어졌음을 의미한다.

그림 7. 기초저면의 간극수압 변화

위의 시험결과로부터 알 수 있는 바와 같이 지오 백 블록 옹벽의 수평변위는 벽체 중앙부에서 크고 상단 및 하단에서 상대적으로 작게 발생되어, 시공 완료 후 39일 경과시 약 4.35cm(옹벽 높이, H의 0.87%) 이하로, 유사 구조물인 보강토 옹벽 의 허용 변위 0.03H를 기준으로 안정한 상태인 것으로 평가되며, 발생된 변형의 대부분은 지오 백 블록 자중에 의한 지오 백 블록 중앙부의 변형특성(배부름)에 기인한 것으로 판단된다. 이러한 배부름 현상에 대하여는 수평방향으로의 보강밴드로 보강하게 되면 된다.

최대입경이 100mm를 초과하지 않으면서 최대 40mm 혼합골재(폐 콘크리트+폐 아스콘)(3)를 기본으로 하면서 그 입도의 범위를 최대 마찰각의 범위인45~60°의 범위와 같게 한 것이므로 적층되는 지오백 블록의 하중에 의하여 배부름현상을 방지할 수 있을 뿐 아니라 수직 축조를 더 한층 가능하게 하면서 그 축조의 높이를 향상시키게 되는 효과가 있다.

그 뿐 아니라 건설 폐기물인 순환골재를 사용하여 구조 역학적으로 안전하고 경제적인 중력식 옹벽의 축조가 가능하게 되는 효과가 있다.

폐 콘크리트 입자의 크기가 40mm이하이면서 마찰각이 적어도 45~50°가 되는 입도를 선정하고 있으므로 상단 지오 백의 하중에 의하여 배부름현상을 방지할 수 있을 뿐 아니라 건설 폐기물인 폐 콘크리트를 사용하여 구조 역학적으로 안전하고 경제적인 중력식 옹벽의 축조가 가능한 효과가 있다.

여기에다 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 재질인 보강 밴드에 의하여 배부름현상이 없는 반듯한 사각형형상이 유지되므로 외관이 미려한 효과를 지닌다. 혼합골재( 폐 콘크리트+폐 아스콘)(3)가 갖는 마찰각과 지오텍스타일의 지오 백 상호간의 마찰각이 더해진 축조이므로 중력식 옹벽의 수직 축조가 더욱 가능할 뿐 아니라 구조적으로 안전하고 경제적으로 최적화된 것이라 할 수 있다. 최적의 결합이다.

또한 지오백 블록 전면에 와이어 메쉬와 식생매트와 토양층으로 이루어진 것이므로 식생이 가능하여 친환경적인 효과를 지니는 효과가 있다.

지오백 블록 전면에 보강토 블록을 쌓으면서 그 배면에 지오 그리드를 설치함으로써 역학적으로 안정된 옹벽을 축조할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims

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육면체 형상이고 그 체적이 1㎥인 폴리프로필렌(polypropylene, PP)재질로 직포형태로 직조된 지오 백에 의하여 옹벽을 축조함에 있어서

⒜ 적층된 지오 백(2)상호간의 접촉마찰각이 25~32°가 되도록 지오 백(2)을 형성하는 단계;

⒝ 상기에서 제작된 지오 백(2)의 가로방향으로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 재질인 보강밴드(4)를 부착ㆍ보강하는 단계;

⒞ 지오 백(2)에 삽입되는 혼합골재(폐 콘크리트 + 폐 아스콘)(3)는 최대골재 크기 40mm를 기본으로 하고 혼합골재(폐 콘크리트 + 폐 아스콘)(3)에 의한 마찰각이 45~60°가 되도록 혼합골재(폐 콘크리트 + 폐 아스콘)(3)의 입도범위를 선정하는 단계;

⒟ 상기의 입도범위에서 선정된 혼합골재(폐 콘크리트 + 폐 아스콘)(3)를 지오 백(2)에 충전하여 지오 백 블록(1)을 형성하는 단계;

⒠ 기초지반에 상기의 지오 백 블록(1)을 적층ㆍ축조하는 단계;

⒡ 지오 백 블록(1)의 전면에 보강토 블록(9)을 쌓으면서 지오 백 블록(1)의 배면에 지오그리드(10)를 설치하는 단계;

⒢ 상기 ⒡단계에서 축조된 보강토 블록(9)의 전면에다 토양층(8)과 식생매트(7) 및 와이어 메쉬(6)를 순차적으로 설치하는 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 순환골재를 이용한 지오 백 블록에 의한 중력식 옹벽의 시공방법